Plan de la pr é sentation •

Salma EL AIMANI
Salma EL AIMANI
é
Plan
de
la
pr
Plan
de
la
pr
é
é
sentation
sentation
•
•Partie I
Partie I : Formalismes et classes de mod Formalismes et classes de modè èles d les d’é ’éoliennes oliennes
¾Outils utilisés et classes de modèles
¾Commande de la turbine éolienne avec intégration du modèle mécanique
•Partie II
Partie II : Mod Modé élisation de l lisation de l’é ’éolienne olienne é étudi tudié ée et exploitation des r e et exploitation des ré ésultats sultats
exp
expé érimentaux rimentaux
¾Éolienne à base de MADA
¾Confrontation des résultats de simulation à des résultats de mesure de l’éolienne
•Partie III
Partie III : Int Inté égration de l gration de l’é ’éolienne dans un r olienne dans un ré éseau moyenne tension seau moyenne tension
¾Influence de l’éolienne sur le réseau
¾Influence du réseau sur l’éolienne
•Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives
•Contexte et objectifs de la th
Contexte et objectifs de la thè èse se
•
•Partie I
Partie I : Formalismes et classes de mod Formalismes et classes de modè èles d les d’é ’éoliennes oliennes
¾Outils utilisés et classes de modèles
¾Commande de la turbine éolienne avec intégration du modèle mécanique
•Partie II
Partie II : Mod Modé élisation de l lisation de l’é ’éolienne olienne é étudi tudié ée et exploitation des r e et exploitation des ré ésultats sultats
exp
expé érimentaux rimentaux
¾Éolienne à base de MADA
¾Confrontation des résultats de simulation à des résultats de mesure de l’éolienne
•Partie III
Partie III : Int Inté égration de l gration de l’é ’éolienne dans un r olienne dans un ré éseau moyenne tension seau moyenne tension
¾Influence de l’éolienne sur le réseau
¾Influence du réseau sur l’éolienne
•Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives
•Contexte et objectifs de la th
Contexte et objectifs de la thè èse se
Ce sujet rentre dans la thématique globale du programme FUTURELEC1 au sein du Centre
National de recherche technologique (C.N.R.T.)
CONTEXTE
Le développement des énergies renouvelables La libéralisation du marché de l’électricité
Réseau de distribution du Futur
Modélisation fine des générateurs (EOLIENS)
Temps de calcul non prohibitif : Modèles intégrés dans des systèmes plus complexes
Contexte
et
objectifs
de
la
th
Contexte
et
objectifs
de
la
th
è
è
se
se
(Impact de ces générateurs sur les réseaux qui ne sont pas adaptés à les accueillir)
Opération STATICOM - DYNACOM
Étude du comportement en puissance en fonctionnement normal
Étude du comportement de l’éolienne en présence de défauts sur le réseau
Estimation des harmoniques générés par la MLI et des pertes dans les semi-conducteurs
PROBLEMATIQUE
Spécificités liées à l’intégration des éoliennes

•
•Partie I
Partie I : Formalismes et classes de mod Formalismes et classes de modè èles d les d’é ’éoliennes oliennes
¾Outils utilisés et classes de modèles
¾Commande de la turbine éolienne avec intégration du modèle mécanique
•Partie II
Partie II : Mod Modé élisation de l lisation de l’é ’éolienne olienne é étudi tudié ée et exploitation des r e et exploitation des ré ésultats sultats
exp
expé érimentaux rimentaux
¾Éolienne à base de MADA
¾Confrontation des résultats de simulation à des résultats de mesure de l’éolienne
•Partie III
Partie III : Int Inté égration de l gration de l’é ’éolienne dans un r olienne dans un ré éseau moyenne tension seau moyenne tension
¾Influence de l’éolienne sur le réseau
¾Influence du réseau sur l’éolienne
•Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives
•Contexte et objectifs de la th
Contexte et objectifs de la thè èse se
E
Objet
Accumulateur
S
S
Sref
R
R
ass
E
Commande
Processus
Relation Causale
(selfs, condensateur …)
Partie
I
:
Formalismes
et
classes
de
mod
Partie
I
:
Formalismes
et
classes
de
mod
è
è
les
d
les
d
é
é
oliennes
oliennes
Formalismes de mod
Formalismes de modé élisation lisation
R.E.M.
R.E.M.
Développée afin de proposer une
version macroscopique du GIC GIC. Elle
permet de modéliser et proposer une
structure de commande d ’un système.
G.I.C.
G.I.C.
Méthode systématique et simple
d'accès pour la description des
systèmes en vue de l'élaboration de
leur commande.
b
a
e
f
d
c
a
f
b
e
c
d
E
Objet
Accumulateur
S
S
Sref
R
R
ass
E
Commande
Processus
Relation Rigide
(frottement, résistance..)
Objet
Dissipateur
R
R
-1
S
E
S
E
Commande
Processus
Objet
Dissipateur
R
R
-1
S
E
Sref
E
Commande
Processus
Mod
Modè èles les
d
dé évelopp veloppé és s
pour atteindre
pour atteindre
les objectifs
les objectifs
souhait
souhaité és s
Partie
I
:
Formalismes
et
classes
de
mod
Partie
I
:
Formalismes
et
classes
de
mod
è
è
les
d
les
d
é
é
oliennes
oliennes
Modélisation électromécanique 0 - 10 Hz
Modélisation électromagnétique 10 Hz - 10 kHz
Modèle continu équivalent 10 Hz - 1 kHz
Modèle fin avec interrupteurs idéaux 1 kHz - 10 kHz
Modèle fin avec interrupteurs réels 1 kHz - 1 MHz
Modèle harmonique global 1 kHz - 10 kHz
A chaque problème, son modèle !
!
Classes de mod
Classes de modè èles les
•
•Partie I
Partie I : Formalismes et classes de mod Formalismes et classes de modè èles d les d’é ’éoliennes oliennes
¾Outils utilisés et classes de modèles
¾Commande de la turbine éolienne avec intégration du modèle mécanique
•Partie II
Partie II : Mod Modé élisation de l lisation de l’é ’éolienne olienne é étudi tudié ée et exploitation des r e et exploitation des ré ésultats sultats
exp
expé érimentaux rimentaux
¾Éolienne à base de MADA
¾Confrontation des résultats de simulation à des résultats de mesure de l’éolienne
•Partie III
Partie III : Int Inté égration de l gration de l’é ’éolienne dans un r olienne dans un ré éseau moyenne tension seau moyenne tension
¾Influence de l’éolienne sur le réseau
¾Influence du réseau sur l’éolienne
•Conclusion et perspectives Conclusion et perspectives
•Contexte et objectifs de la th
Contexte et objectifs de la thè èse se

A
Ω
m
e
Ω
1
Ω
2
v1
P1
Puissance
B
A
Ω
mec
Ω
1
C
Ω
2
v1
v2
Vitesse
du vent
P1
P2
P3
Puissance
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
MAS
RESEAU
P
Cem
Ω
mec
Ceol
multiplicateur
f= 50Hz
Orientation des pales pour avoir Ω
mec =Cste
Maximum de puissance pour un angle d’orientation
Il faut rendre variable la vitesse
mécanique pour maximiser la puissance
générée
Technologie :
Technologie : É Éolienne olienne à àvitesse fixe vitesse fixe
MAS
RESEAU
P
Cem
Ω
mec
Ceol
multiplicateur
f= 50Hz
DC
DC
AC
Courant alternatif à
fréquence variable
Courant alternatif à
fréquence du réseau (50Hz)
AC
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
MAS
MAS
MS
RESEAU
P
Cem
Ω
mec
Ceol
f= 50Hz
DC
DC
AC
Courant alternatif à
fréquence variable
Courant alternatif à
fréquence du réseau (50Hz)
AC
MADA
g.P
Cem
Ω
mec
Ceol
multiplicateur
f= 50Hz
DC
DC
AC
Courant alternatif à Courant alternatif à
AC
RESEAU
P
MADA
MADA
Technologie :
Technologie : É Éolienne olienne à àvitesse variable vitesse variable
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Pour une
Pour une é éolienne de 1.5 MW olienne de 1.5 MW
à
àbase de MADA base de MADA
Zone
Zone 1 : D 1 : Dé émarrage marrage
Zone 2 : Extraction du maximum
Zone 2 : Extraction du maximum
de puissance g
de puissance gé én né ér ré ée e
Zone
Zone 3 : 3 : Fonctionnement Fonctionnement à à
vitesse constante
vitesse constante
Zone
Zone 4 : Fonctionnement 4 : Fonctionnement à à
puissance constante
puissance constante
Exemple d
Exemple d’ ’une caract une caracté éristique ristique mesurée
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
V
itesse mécanique (tr/mn)
Puissance électri
q
ue
(
kW
)
Asservissement
la vitesse
mécaniqu
Asservissement
de la vitesse
mécanique
Deux stratégies de commande
Deux stratégies de commande
A partir d’un modèle de la turbine
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Contrôle direct
couple
Deux stratégies de commande
Deux stratégies de commande
Sans asservissement
de la vitesse
mécanique
A partir d’un modèle de la turbine
Objectif : M.P.P.T. Maximum Power Point
Objectif : M.P.P.T. Maximum Power Point Traking Traking (Extraction (Extraction
maximale de la puissance produite par r
maximale de la puissance produite par ré églage de la vitesse) glage de la vitesse)
ZONE 2
ZONE 2
Sensibilité des lois de réglage de la turbine sur la puissance générée
(CESA’03)

Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Couple électromagnétique ).(_mecref
CC refem Ω−Ω= Ω
ZONE 2
ZONE 2 G.I.C. du modèle de la turbine et de sa commande
en boucle fermée de la vitesse
Cem
Ω
mec
v Cg
Drive train
Caer
Ω
turbine Multiplicateur
Ω
mec
Turbine
β
Rass1
Ω
ref
Cem_ref
Modèle
Commande
R4’
R1
R3
R2
R0
-
1 R3
-
1
Ω
turbine_ref
Ω
mec
Ω
ref
λ
R0
MPPT
Cem
Ω
mec
v Cg
Drive train
Caer
Ω
turbine Multiplicateur
Ω
mec
Turbine
β
Rass1
Ω
ref
Cem_ref
Modèle
Commande
R4’
R1
R3
R2
R0
-
1 R3
-
1
Ω
turbine_ref
Ω
mec
Ω
ref
λ
R0
MPPT
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Couple électromagnétique Avec
2
_.mec
AC ref
em Ω= 3
5
2max
1
.
2
..
.G
R
C
A
Cp
p
π
ρ
λ
=
Cem
Ω
mec
v Cg
Drive train
Caer
Ω
turbine Multiplicateur
Ω
mec
Turbine
β
R4’
R1
R3
R2
λ
R0
Caer_estime Cem_ref
vestime
Ω
mec
Commande
Rc1 Rc2
Rc3
Rc0
Ω
turbine_estime
Cem
Ω
mec
v Cg
Drive train
Caer
Ω
turbine Multiplicateur
Ω
mec
Turbine
β
R4’
R1
R3
R2
λ
R0
Caer_estime Cem_ref
vestime
Ω
mec
Commande
Rc1 Rc2
Rc3
Rc0
Ω
turbine_estime
ZONE 2
ZONE 2 G.I.C. du modèle de la turbine et de sa commande
sans asservissement de vitesse
ZONE 3
ZONE 3
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Objectif : fonctionner
Objectif : fonctionner à àvitesse constante vitesse constante à àpartir d partir d’ ’une vitesse une vitesse
d
d’ ’environ 90% environ 90%
Ω
Ω
mec
mec_nom _nom (=1750 tr/
(=1750 tr/mn mn) )
+ -
Cem_ref
Cem
Ω
ref Cass1
v
Ω
turbine_ref G
ZONE 2
90 % Ω
mec_nom
ZONE 3
Processus
Commande
v. λ
cpmax
R
Ω
mec
Avec un contrôle en
boucle fermée de la
vitesse
λΩ
constante
Cem_reg
Cem
vestime
t
pΩ
vSC 1 ...
2
.3
ρ
Caer_estime
R
.Ω
turbine_estime
λ
1
G
Ω
turbine_estime
3
_1
....
2
1
..
elec
pestimeturbine P
SCR
ρ ΩPelec
ZONE 3
ZONE 2
λ
cpmax
λ
Processus
Commande
1
G
Ω
mec
Sans asservissement
de la vitesse mécanique
v
R. Ω
λurbine
t
=
Cg
v
v
Cem
Ω
mec
Turbine Multiplicateur Génératrice
Ω
turbine
G
-
1
β
1
S
Jpale.S+fpale
1
Génération de
β
ref
β
ref
Régulation
de l’angle
C
β
β
β
ref
Régulation
De
β
ref
Cmot_ref
Ureg=U
U
PITCH CONTROL
Actionneur
Pale
Contrôle de
l’Actionneur
Commandedelapale
Puissance
électrique
Cmot
C
p
(
λ
,
β
)
ZONE 4
ZONE 4
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Cg
v
v
Cem
Ω
mec
Turbine Multiplicateur Génératrice
Ω
turbine
G
-
1
β
1
S
Jpale.S+fpale
1
Génération de
β
ref
β
ref
Régulation
de l’angle
C
β
β
β
ref
Régulation
De
β
ref
Cmot_ref
Ureg=U
U
PITCH CONTROL
Actionneur
Pale
Contrôle de
l’Actionneur
Commandedelapale
Puissance
électrique
Cmot
C
p
(
λ
,
β
)
Objectif : fonctionner
Objectif : fonctionner à àpuissance nominale avec puissance nominale avec
un pitch control appliqu
un pitch control appliqué éà àpartir de 80 % partir de 80 % P
Pnom
nom
1

Eolienne à
vitesse fixe
ac
ac
dc
ac
dc
ac
dc
ac dc
ac
dc
ac
Champ d’éoliennes
à vitesse variable
dc
ac
Stocka
g
e
inertiel
Machine à double
Alimentation
(MADA)
stato
r
Génératrice synchrone
R
, L, E
~
HT
MT
Machine
asychrone
à cage (MAS)
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Avantage par rapport
Avantage par rapport à àla MAS : la MAS :
Puissance r
Puissance ré éduite des convertisseurs de puissance duite des convertisseurs de puissance
Technologie
Technologie é étudi tudié ée e
Eolienne à
vitesse fixe
ac
ac
dc
ac
dc
ac
dc
ac dc
ac
dc
ac
Champ d’éoliennes
à vitesse variable
dc
ac
Stocka
g
e
inertiel
Machine à double
Alimentation
(MADA)
stato
r
Génératrice synchrone
R
, L, E
~
HT
MT
Machine
asychrone
à cage (MAS)
Eolienne à
vitesse fixe
ac
ac
dc
ac
dc
ac
dc
ac dc
ac
dc
ac
Champ d’éoliennes
à vitesse variable
dc
ac
Stocka
g
e
inertiel
Machine à double
Alimentation
(MADA)
stato
r
Génératrice synchrone
R
, L, E
~
HT
MT
Machine
asychrone
à cage (MAS)
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Rt
β
Multiplicateur
Machine asynchrone
A double alimentation
Ω
mec
Ω
turbine Cg
Caer
R
v
Turbine
C
im_mac im-res
u
Convert.
MLI1 Lt
Réseau
Bagues
AC 50 Hz
AC fréquence variable
Convert.
MLI2
it1
it2
is1
is2 ist2
ist1
Objectifs de l
Objectifs de l’é ’étude tude
¾Étude dans le repère de Park avec ou sans défauts réseau : Modèle continu équivalent
¾Prise en compte des harmoniques : Modèle à interrupteurs idéaux des convertisseurs
¾Intégration du modèle dans un réseau de moyenne tension
¾Confrontation à des résultats expérimentaux obtenus pour éolienne du même type
La
La M Machine achine A Asynchrone synchrone à àD Double ouble A Alimentation: limentation:MADA MADA
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
Cem
Ω
mec
MADA
d
,q,
0
Vr_dq0
Convert.
1
d,q
u
Bus
DC
u
im_res
Vm_dq
Ir_dq0
Ist_dq0
Vp_dq= V
s_dq
It_dq
It_dq
Convert.
2
d, q
v Cg
Caer
Ω
turbine
Turbine
β
Multipli
-
cateur Arbre
im_mac
Ω
mec
Nœud de
connexio
n
Is_dq0
Vsdq0
P-1(
θ
s)
P(
θ
s)
Vs
Ist
Vsdq0
Filtre
d,q
udw uqw uqw
udw
R.E.M du
R.E.M du mod modè èle continu le continu é équivalent quivalent de l de l’é ’éolienne olienne à àbase de MADA base de MADA
Modèle continu équivalent
R.E.M du Mod
R.E.M du Modè èle de de l le de de l’é ’éolienne olienne à àbase de MADA base de MADA
bas
basé ée sur des interrupteurs id e sur des interrupteurs idé éaux aux
im_res
Cem
Ω
mec
MADA
d,q, 0
Vr_dq0
Convert.
MLI
1
a,b,c u
Bus
DC
Nœud de
connexio
n
u
Vm
Ir_dq0
Ist
It
It
Convert.
MLI
2
a,b,c
v Cg
Caer
Ω
turbine
Turbine
β
Multipli
-
cateur Arbre
im_mac
Ω
mec
Ir
Vr
Is_dq0
Vs_dq0 Vs
Is
Vs
Vs
P
-1
(
θ
s
)
P
-1
(
θ
r
)
P
(
θ
r
)
P(
θ
s
)
Filtre
a,b,c
f11
f12
f13 f11
f12
f13
Mod
è
le
à
interrupteurs id
é
aux des convertisseurs
Partie
II
:
Mod
Partie
II
:
Mod
é
é
lisation
et
commande
des
lisation
et
commande
des
é
é
oliennes
oliennes
P
ref
Qref
uref
vmd_ref
Contrôle des
courants
Contrôle
Des
Puissances
Contrôle
Du bus
Continu
Command
e
Du
Convert.
1
Commande vectorielle
De La MADA
M.P.P. T.
Commande
u
Ir_dq
udw mac re
g
β
ref
Modèle continu
équivalent du processus
u
q
wmacre
g
u
q
wresre
g
udw res re
g
Command
e
Du
Convert.
2
vmq_ref
It_dq
itd_ref
itq_ref
vr_d_ref
vr_q_ref
Cem_reg
Ω
mec
E_dq
Cem
Ω
mec
MADA
d,q
Vr_dq
Convert.
1
d,q u
im_res
Vm_dq
Ir_dq
E_dq
It_dq
It_dq
Convert.
2
d,q
v Cg
Caer
Ω
turbine
Turbine
β
Multipli
-cateur Arbre
im_mac
Ω
mec
Nœud de
connexion
Is_dq
E_dq
E_dq
Ist_dq
E_dq
P-1(
θ
s)
P(
θ
s)
E
Ist
Filtre
d,q
Bus
DC
R.E.M du
R.E.M du mod modè èle continu le continu é équivalent quivalent et de la commandes de l et de la commandes de l’é ’éolienne olienne à àbase de base de
MADA
MADA